[發明專利]熱等靜壓機快速冷卻方法以及熱等靜壓機

有效

• 申請號: 200810214731.0
• 申請日: 2008-05-21
• 公開（公告）號: CN101347837A
• 公開（公告）日: 2009-01-21
• 發明（設計）人: M·格拉夫
• 申請（專利權）人: 迪芬巴赫有限兩合公司
• 主分類號: B22F3/15
• 分類號: B22F3/15
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司
• 代理人: 馬洪

技術領域

本發明涉及一種熱等靜壓機的快速冷卻方法，以及一種熱等靜壓機。

背景技術

熱等靜壓機(HIP)或者高壓釜在當今的應用領或十分廣泛。在高溫高壓條件下， 在型模中對固體工件或者粉末構成的模壓材料進行致密化處理。可以將同類材料以及 不同材料結合在一起。通常將工件置于被一個高壓容器包圍的加熱爐中。在加熱過 程中或者在加熱之后，通過一種流體或者惰性氣體(通常是氬氣)從各個方向施加壓 力，實施徹底的等靜壓處理，直至工件達到最佳致密度。這種方法也被用來對構件進 行再致密化處理，例如陶瓷材料制成的構件，例如用于髖關節假體、汽車或者發動機 制造用的鋁鑄件、轎車發動機的汽缸蓋或者鈦合金精密鑄件，例如渦輪機葉片。在高 溫高壓條件下進行再致密化處理，可封閉前道生產工序中產生的微孔、愈合缺陷部位、 改善結構特性。另一個應用領域是制造粉末材料近終成形構件，在工藝過程中對其進 行致密化和燒結處理。

HIP周期通常要持續非常長的時間，從幾小時到幾天不等。周期成本的主要部分 是占壓資金的機器小時率所引起的。尤其是從工作溫度降低到能夠安全打開壓機的允 許溫度所需的冷卻時間相當長，通常占到周期時間的三分之一以上，且在工藝過程中 無法加以利用。現在已經知道：冷卻過程對于生產零件的材料特性有著至關重要的作 用。許多材料均需要嚴格遵守一定的最大冷卻速度，以便保證材料質量。此外，在 冷卻過程中還要注意：應當使工件整體均勻冷卻，不得不均勻地有不同的溫度區。在 制造大型構件時，溫度差異所引起的內應力可能會導致翹曲、切口應力集中開裂或者 導致徹底毀壞。即使是通常放在加熱爐內的支架上的小型構件，也有可能出現此類問 題。

已知現有技術水準下的高壓釜均采用熱氣體循環方式，配有或者沒有機械式輔助 設備，例如風機。在沒有機械式輔助設備的應用中，通過現有的或者強制的溫度差(加 熱或冷卻外壁)在高壓釜中實現氣體的自然對流和重新分布。較冷的流體下降，較熱 的流體則上升。可以使用導流機構以有控制的方式對這種流體的流動加以利用，從而 在高壓釜內實現均勻的加熱或者冷卻循環。現有技術所使用的就是由一根上、下開口 的管子構成的導流套或對流套。在加熱過程中，加熱爐中的熱源提供驅動力，并且根 據熱源的布置情況開始流動。在冷卻模式下，低溫流體在對流套和起冷卻作用的外壁 之間下降，并且推動套管內部較熱的流體向上流過工件。在HIP設備的頂蓋上，從 下而上的流動推動流體朝向外側部分運動，使得流體在外壁和套管之間又重新下降。 這時又重新形成相應的冷卻作用，從而維持連續的冷卻過程。

例如，編號為DE?38?33?337A1的公開說明書就公開了一種使HIP設備快速冷 卻的實施型式。根據這種解決方案所述，通過底層空間內的閥門打開循環回路，在隔 熱罩內的高溫區與隔熱罩外的低溫區之間形成氣體循環，從而形成快速冷卻作用。在 隔熱罩的上蓋中有一些始終常開的孔，高溫流體可以通過這些孔流出。這種實施型式 的缺點在于：溫度非常低的流體會從下方回流到高溫區之中，并且與加熱爐中的工件 發生直接接觸，這樣就會使低溫氣體從下而上充滿高溫區。其不足之處在于：可能會 出現參數過于不確定的驟然冷卻，無法使得整個爐料區實現均勻的冷卻速度。對于大 型構件而言，這種不均勻冷卻可能會引起上述問題，如翹曲、開裂或毀壞。

編號為WO?2003/070402A1的申請說明書公開了一種熱等靜壓機冷卻方法以 及一種熱等靜壓機。根據該方法所述，從裝料區放出高溫流體，將其與裝料區外下降 的低溫流體混合，然后將混合流體重新送入裝料區。該方法所要求的條件復雜，因此 也需要使用構造復雜、具有若干管道的熱等靜壓機。如果爐料的側凹部分或者爐料的 支撐結構妨礙爐料區的正常流通，則重新送入的混合流體可能會以無法控制的方式回 流到爐料區之中，且有時會導致不同的冷卻速度，這也是一個缺點。此外，將冷卻到 混合溫度的氣體從下方送入爐料區，必然會導致爐料區的下端與上端之間出現溫度梯 度，因此不可能實現均勻的冷卻速度。

發明內容

本發明的任務在于闡述一種熱等靜壓機快速冷卻方法，以及用來實施該方法的一 種能夠使得爐料區或者爐料均勻冷卻的熱等靜壓機；根據本發明所述，將溫度較低的 流體與熱等靜壓機爐料區內的高溫流體均勻混合，同時在整個壓力容器內，尤其是在 爐料區內使得流體充分迅速且可靠地循環，從而實現均勻冷卻全部爐料的效果。